KR100626986B1 - 텔레 매틱스 의료기기에 사용이 가능한 초소형 광섬유 전류센서 - Google Patents

텔레 매틱스 의료기기에 사용이 가능한 초소형 광섬유 전류센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 측정 감도가 좋고, 저가이며 신호처리가 단순하며 주변 전자파 잡음에 영향을 받지 않는 텔레매틱스 의료기기와 같은 부피가 작은 제품에 흐르는 전류를 측정하는 광섬유 전류 센서에 관한 것이다.
본 발명에 의한 광섬유 전류 센서는 퓨즈를 내장하고 있는 소형 의료기기의 전류를 제어하기 위하여 사용하는 전류 센서에 있어서, 소정의 거리를 두고 주기적으로 격자가 새겨진 광섬유 브래그 격자 혹은 두개의 광섬유 거울로 구성된 광섬유 페브리-페로 간섭계를 상기 퓨즈에 근접되게 설치됨을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 광섬유 전류 센서를 텔레 매틱스 의료기기나 폭발물 등에 설치하여 주변 전자파의 잡음에 의해 생기는 원하지 않는 전류의 영향 없이 미소 전류를 정확하게 측정할 수 있다.
광섬유 전류 센서, 소형 퓨즈, 텔레 매틱스 의료기기

Description

텔레 매틱스 의료기기에 사용이 가능한 초소형 광섬유 전류 센서{A miniature fiber optic current sensor for medical devices}
도 1은 본 발명에 의한 초소형 전류 센서를 도시한 개념도.
도 2는 본 발명에 의한 광섬유 페브리-페로를 도시한 개념도.
도 3는 본 발명에 의한 광섬유 브래그 격자를 도시한 개념도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 전류 공급 단자 12 : 퓨즈
13 : 퓨즈지지대 14 : 광섬유 센서
20 : 저반사율의 광섬유 거울 21 : 입사광(Pi)
22 : 반사광(Pr) 23 : 투과광(Pt)
30 : 주기적으로 새겨진 격자 31 : 입사광 파장(λ)
32 : 반사광 파장(λm)
본 발명은 센서에 관한 것으로, 더 상세하게는 텔레 매틱스 의료기기에 사용 이 가능한 소형 퓨즈에 흐르는 전류를 제어하기 위하여 사용하는 전류 센서에 관한 것이다.
일반적으로 전류 센서는 새그낵(Sagnac, 이하 Sagnac라 한다) 간섭계, 광섬유 끝단에 유전 물질들을 다층 증착한 광섬유 필터, 전류를 저항을 사용하여 전압으로 변환하는 전자회로를 사용하여 개발되어졌다.
전자회로를 사용하는 경우 휴대용 프린터와 같은 전류 측정 대상 제품이 전자파 잡음이 많은 환경에서 작동할 때 전자파에 의해 생성된 전류에 의해 정확한 전류측정이 불가능한 단점이 있다.
광섬유 Sagnac 간섭계를 사용하여 전류를 측정하는 경우 간섭계 센서의 부피가 커서 텔레 매틱스 의료기기와 같은 소형제품에 장착하기 어려운 단점이 있다.
광섬유 필터를 사용하는 경우 측정감도가 낮고 전류에 따라 빛의 파장이 변하기 때문에 신호처리가 복잡하고 또한 상대적으로 고가인 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 부피가 작은 텔레 매틱스 의료기기에 설치할 수 있고, 전자파에 영향을 받지 않으면서 측정감도가 높고, 미소 전류를 측정할 수 있는 광섬유 전류 센서를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 텔레 매틱스 의료기기에 사용이 가능한 초소형 광섬유 전류 센서는 소정의 거리를 두고 서로 마주보는 한 쌍의 퓨즈, 상기 퓨즈를 지지하는 퓨즈 지지대, 상기 퓨즈에 전류를 공급하기 위하 여 상기 퓨즈 각각에 연결되는 전류 공급 단자 및 상기 퓨즈 지지대의 관통공에 삽입되고, 상기 한 쌍의 퓨즈에 근접되도록 위치하는 광섬유 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초소형 전류 센서를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 초소형 전류 센서를 도시한 것이다.
RF 신호에 영향을 받지 않고 퓨즈에 흐르는 미소 전류 측정용 센서는 광섬유 센서(14)를 퓨즈 지지대(13)에 구멍을 뚫어 퓨즈(12)에 근접시켜 퓨즈 지지대(13)에 에폭시를 사용하여 고정시킴으로써 장착된다.
전류공급단자(10)를 통하여 상기 퓨즈(12)에 전류를 인가하면 인가된 전류의 제곱에 비례하여 상기 퓨즈(12)에 온도와 부피가 증가하게 되고, 허용전류 이상의 전류를 일정시간 인가하면 상기 퓨즈(12)가 끊어진다. 상기 퓨즈(12)에 근접 설치된 상기 광섬유센서(14)가 퓨즈의 온도를 측정함으로써 퓨즈에 흐르는 전류를 알아낸다.
도 2는 본 발명에 의한 전류를 측정하기 위한 광섬유 센서로 사용되어지는 광섬유 페브리-페로 간섭계를 도시한 것이다.
전류 측정용 광섬유 센서(14)로 사용되어지는 광섬유 페브리-페롯 간섭계는 일정한 거리를 두고 있는 저 반사율의 두 개의 광섬유 거울(20)로 구성된다. 광섬유를 통해 진행하던 빛은 첫번째 거울에서 일부의 빛은 반사되고 일부의 빛은 통과 하게 된다. 통과한 일부의 빛(Pi)은 다시 두번째 거울에서 일부는 통과하고 일부는 반사하여 다시 첫번째 거울로 돌아온다.
두번째 거울에서 첫번째 거울로 돌아온 빛의 일부는 첫번째 거울을 통과해서 첫번째 거울에서 반사된 빛을 만나 간섭을 일으킨다. 페브리 페롯의 반사 출력광(Pr)은 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112005026907564-pat00001
여기서, R은 광섬유 거울의 반사율, n은 광섬유의 굴절율, L은 거울사이의 거리, λ는 빛의 파장이다. 상기 수학식 1로부터 출력 반사광(Pr)은 광섬유의 굴절률(n)과 거울 사이의 거리(L)에 함수임을 알 수 있다.
퓨즈에 전류를 인가하면 퓨즈의 온도가 증가하여 퓨즈에 근접하게 설치되어 있는 광섬유 페브리-페롯 간섭계 센서의 출력 광신호의 위상이 변화한다. 출력광 신호의 위상변화는 수학식 2와 같다.
Figure 112005026907564-pat00002
여기서 a는 임의의 상수, I는 퓨즈의 인가전류, m은 퓨즈의 질량, c는 퓨즈의 비열, R은 퓨즈의 저항, △T는 퓨즈의 온도변화, t는 퓨즈의 전류 인가 시간이 다. 상기 수학식 2로부터 광섬유 페브리-페롯 간섭계의 출력광 위상변화는 퓨즈의 인가 전류의 제곱에 비례함을 알 수 있다. 즉 출력광 위상변화로부터 퓨즈에 인가된 전류를 알아낼 수 있다.
도 3은 본 발명에 의한 전류를 측정하기 위한 광섬유 센서로 사용되어지는 광섬유 브래그 격자를 도시한 것이다.
전류 측정용 광섬유 센서(14)로 사용되어지는 광섬유 브래그 격자는 광섬유에 일정한 주기의 격자(30)를 새김으로써 만들어진다. 광섬유를 통해 진행하던 넓은 파장의 빛(31)이 광섬유 브래그 격자를 만나면 수학식 3를 만족 시키는 파장의 빛(32)만 반사되어 돌아온다.
Figure 112005026907564-pat00003
여기서 Λ는 광섬유 격자의 격자 주기이고,
Figure 112005026907564-pat00004
는 반사되는 빛의 파장이고,
Figure 112005026907564-pat00005
와
Figure 112005026907564-pat00006
는 코어 모드와 m-th 클래딩 모드의 유효 굴절률이다.
퓨즈에 전류를 인가하면 퓨즈의 온도가 증가하여 퓨즈에 근접하게 설치되어 있는 광섬유 브래그 격자의 격자 주기와 굴절률이 변화하여 반사되는 빛의 파장이 바뀌게 된다. 반사되는 빛의 파장 변화량은 수학식 4와 같다.
Figure 112005026907564-pat00007
여기서
Figure 112005026907564-pat00008
은 파장 변화량, △T는 온도 변화량,
Figure 112005026907564-pat00009
I는 퓨즈에 인가된 전류,
Figure 112005026907564-pat00010
는 임의의 상수이다. 상기 수학식 4로부터 광섬유 브래그 격자의 반사광의 파장은 퓨즈의 인가 전류의 제곱에 비례함을 알 수 있다. 즉 출력광 파장변화로부터 퓨즈에 인가된 전류를 알아낼 수 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
본 발명에 의하면, 텔레 매틱스 의료기기나 폭발물에 설치하여 주변 전자파에 영향을 받지 않고 미소전류를 정확하게 측정할 수 있기 때문에 주변 전자파에 의해 만들어지는 원치 않는 전류를 정확히 측정할 수 있다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 소형 퓨즈에 흐르는 전류를 제어하기 위하여 사용하는 전류 센서에 있어서,
    소정의 거리를 두고 서로 마주보는 한 쌍의 퓨즈;
    상기 퓨즈를 지지하는 퓨즈 지지대;
    상기 퓨즈에 전류를 공급하기 위하여 상기 퓨즈 각각에 연결되는 전류 공급 단자; 및
    상기 퓨즈 지지대의 관통공에 삽입되고, 상기 한 쌍의 퓨즈에 근접되도록 위치하는 광섬유 센서;를 포함하고,
    상기 광섬유 센서는 광섬유 브래그 격자를 사용함을 특징으로 하는 텔레 매틱스 의료기기에 사용이 가능한 초소형 광섬유 전류 센서.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제3항에 있어서, 상기 광섬유 브래그 격자는
    출력광 파장 변화로부터 퓨즈에 인가된 전류를 알아내되, 상기 출력광 파장 변화량은
    Figure 112006053875198-pat00014
    (여기서 Δλm 은 파장 변화량, ΔT는 온도 변화량, I는 퓨즈에 인가된 전류, α,β는 임의의 상수)
    인 것을 특징으로 하는 텔레 매틱스 의료기기에 사용이 가능한 초소형 광섬유 전류 센서.
  7. 삭제
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